Dispositivo (10) de monitorización de inestabilidad para un vehículo ferroviario,

que comprende:

- al menos un primer acelerómetro (22A) para proporcionar una primera señal de aceleración en respuesta a una vibración a lo largo de un eje de referencia (X-X), - al menos un primer relé (24a) de seguridad de estado sólido, que tiene dos bornes (41a, 42a) principales y que puede conmutarse entre un estado cerrado y un estado abierto, caracterizado porque el dispositivo (10) de monitorización de inestabilidad comprende además:

- un dispositivo (20) lógico programable conectado al primer acelerómetro (22A) y al primer relé (24a) de seguridad de estado sólido, siendo el dispositivo (20) lógico programable una disposición de puertas programables en campo (FPGA) o un dispositivo lógico programable complejo (CPLD) dotado de bloques lógicos no volátiles que se ejecutan simultáneamente en paralelo e implementan un algoritmo de monitorización de inestabilidad para cambiar el estado del primer relé (24a) de seguridad de estado sólido basándose en una condición de inestabilidad de la primera señal de aceleración, en el que el dispositivo (20) lógico programable incluye una memoria borrable y reprogramable no volátil.

Dispositivo y sistema de monitorización de inestabilidad, en particular para un vehículo ferroviario Campo técnico de la invención La invención se refiere a un sistema para monitorizar la estabilidad de un vehículo ferroviario. Más generalmente, se refiere a un sistema de seguridad para monitorizar la estabilidad de componentes distribuidos y a dispositivos distribuidos en un sistema de este tipo.

Técnica anterior Los bogies convencionales están dotados de medios de estabilización pasivos como amortiguadores de guiñada o placas de fricción, que contrarrestan la tendencia de los bogies a seguir un trayecto sinusoidal. Estos medios de estabilización también se usan para aumentar la velocidad, denominada "límite de inestabilidad", a la que el recorrido sinusoidal relativamente suave se deteriora dando lugar a una oscilación del bogie, provocando una sensación de incomodidad durante el recorrido, fuerzas elevadas entre las ruedas y los raíles y eventualmente el riesgo de descarrilamiento.

Para minimizar el riesgo de un recorrido peligroso provocado, por ejemplo, por amortiguadores de guiñada defectuosos, la TSI HS (Especificación técnica de interoperabilidad - alta velocidad) emitida por la Comisión Europea contiene el requisito para instalar un medio a bordo de trenes de alta velocidad que puede detectar la inestabilidad en el movimiento del bogie de un tren.

En la ficha UIC 515.5 se define un algoritmo para detectar la inestabilidad de recorrido de bogies de vehículos ferroviarios de pasajeros. Según este algoritmo, la inestabilidad se detecta siempre que la aceleración lateral del armazón del bogie por encima de un umbral predeterminado en el intervalo de 4 Hz a 8 Hz presenta más de un número predeterminado (por ejemplo 6) de picos consecutivos por encima de un umbral predeterminado (por ejemplo 8 m/s2) con un periodo de tiempo predeterminado (por ejemplo 500 ms) .

Por el documento EP 1 197 739 se conoce un sistema de monitorización de inestabilidad para un bogie. El bogie está dotado de dos acelerómetros longitudinales ubicados en cada lado de un plano central longitudinal del bogie. Las señales desde los dos acelerómetros se comparan y procesan para determinar si difieren en más de una cantidad predeterminada, en cuyo caso se activa una señal de alarma.

A partir de los documentos DE 100 20 519, DE 100 20 520 y DE 100 20 521 se conoce un sistema de monitorización de vibraciones para un vehículo ferroviario. Uno o más acelerómetros, preferiblemente acelerómetros triaxiales, están conectados a una unidad central de procesamiento de señales ubicada en una ubicación remota de la composición del tren. Aunque este tipo de configuración puede resultar estar adaptada a la monitorización de subsistemas de vehículo específicos como frenos, bogies o carrocerías con fines diagnósticos, no proporciona el nivel de seguridad y fiabilidad requerido para los componentes de seguridad. En particular, la transmisión de las señales de aceleración desde los acelerómetros a la unidad de procesamiento remota puede padecer de una relación señal a ruido insuficiente.

El documento FR 2 067 801 da a conocer un dispositivo de monitorización de inestabilidad que incluye un acelerómetro para monitorizar la estabilidad del bogie de una locomotora, conectado a un relé a través de un circuito lógico analógico cableado, para cambiar el estado del relé basándose en una condición de inestabilidad de la señal de aceleración y encender o apagar una luz de aviso.

En el documento EP 0 195 921 se describe un método para indicar la inestabilidad dinámica del material rodante ferroviario o de tranvía. El método consiste esencialmente en detectar, por medio de al menos un sensor de acelerómetro, la aceleración de la disposición de ruedas del material rodante en un dirección transversal a la dirección de desplazamiento, procesándola de manera adecuada y comparando posteriormente, en un comparador adecuado, el valor de aceleración procesado con un valor de referencia. La indicación de inestabilidad se obtiene comprobando si el número de valores de aceleración procesados que superan dicho valor de referencia es mayor que un número predeterminado en un periodo de tiempo predeterminado.

En el documento US 2004/0102918 se da a conocer un aparato para registrar cambios asociados con la aceleración de una estructura. El aparato incluye una disposición de acelerómetros que tiene al menos un acelerómetro de tipo de haz de silicio, una memoria no volátil, un temporizador de reloj, una unidad de control programable acoplada operativamente a la disposición de acelerómetros, una memoria no volátil y un temporizador de reloj. La disposición de acelerómetros, la memoria no volátil, el temporizador de reloj y la unidad de control programable pueden formarse en un sustrato semiconductor común (por ejemplo, integrado) , con la disposición de acelerómetros dispuesta en una región central.

Los intentos existentes de implementar un dispositivo de detección de inestabilidad se basan en sensores (por ejemplo acelerómetros) y una unidad de procesamiento remota basada en software, que carece de la capacidad para cumplir con los requisitos de seguridad y fiabilidad de las normas EN 50126 - 50129 del CENELEC y por tanto no puede certificarse como seguro. Aunque el riesgo de inestabilidad se reduce por la instalación de tales dispositivos, no puede llevarse a 0, puesto que aún es posible un mal funcionamiento no detectado del dispositivo de monitorización durante un recorrido inestable.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Los inconvenientes anteriores de la técnica anterior se tratan mediante la presente invención. Según un aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo de monitorización de inestabilidad para un vehículo ferroviario, que comprende:

- al menos un primer acelerómetro para proporcionar una primera señal de aceleración en respuesta a una vibración a lo largo de un eje de referencia,

- al menos un primer relé de seguridad de estado sólido, que tiene dos bornes principales y que puede conmutarse entre un estado cerrado y un estado abierto, y

- un dispositivo lógico programable conectado al primer acelerómetro y al primer relé de estado sólido, siendo el dispositivo lógico programable una disposición de puertas programables en campo (FPGA) o un dispositivo lógico programable complejo (CPLD) dotado de bloques lógicos no volátiles que se ejecutan simultáneamente en paralelo e implementan un algoritmo de monitorización de inestabilidad para cambiar el estado del primer relé de estado sólido basándose en una condición de inestabilidad de la primera señal de aceleración, en el que el dispositivo lógico programable incluye una memoria borrable y reprogramable no volátil.

El bucle de seguridad se basa en la conmutación del relé de estado sólido, que hace posible montar el circuito en el duro entorno del bogie, en el que no sería posible la implementación de relés electromecánicos.

Gracias al uso de una base de hardware, y en particular a la implementación de un dispositivo lógico programable (PLD) para ejecutar el algoritmo de detección de inestabilidad, el dispositivo de monitorización de inestabilidad cumple con los requisitos de la norma del CENELEC y se le puede asignar un nivel de integridad de seguridad (SIL) .

Obviamente, la aplicación no está limitada a la industria ferroviaria y en otros sistemas o aplicaciones que combinan condiciones externas difíciles y requisitos de alta seguridad se experimentan ventajas similares.

Preferiblemente, el dispositivo lógico programable puede ser una disposición de puertas programables en campo (FPGA) o un dispositivo lógico programable complejo (CPLD) que puede dotarse de una memoria borrable y reprogramable no volátil tal como una memoria flash. Por tanto no es necesario un dispositivo de configuración para introducir el código en las células del PLD. El PLD está inmediatamente operativo tras el arranque.

Según una realización preferida, el algoritmo de monitorización de inestabilidad incluye:

- preprocesar la primera señal de aceleración

- detectar picos de la señal de aceleración preprocesada que son superiores a un umbral de aceleración predeterminado,

- incrementar un contador si el tiempo entre dos picos consecutivos está dentro de una ventana de tiempo predeterminada,

- activar el relé de seguridad de estado sólido si el contador alcanza o supera un umbral de contador predeterminado, y

- reiniciar el contador si no se ha... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (10) de monitorización de inestabilidad para un vehículo ferroviario, que comprende:

- al menos un primer acelerómetro (22A) para proporcionar una primera señal de aceleración en respuesta a una vibración a lo largo de un eje de referencia (X-X) ,

- al menos un primer relé (24a) de seguridad de estado sólido, que tiene dos bornes (41a, 42a) principales y que puede conmutarse entre un estado cerrado y un estado abierto,

caracterizado porque el dispositivo (10) de monitorización de inestabilidad comprende además:

- un dispositivo (20) lógico programable conectado al primer acelerómetro (22A) y al primer relé (24a) de seguridad de estado sólido, siendo el dispositivo (20) lógico programable una disposición de puertas programables en campo (FPGA) o un dispositivo lógico programable complejo (CPLD) dotado de bloques lógicos no volátiles que se ejecutan simultáneamente en paralelo e implementan un algoritmo de monitorización de inestabilidad para cambiar el estado del primer relé (24a) de seguridad de estado sólido basándose en una condición de inestabilidad de la primera señal de aceleración, en el que el dispositivo (20) lógico programable incluye una memoria borrable y reprogramable no volátil.

2. Dispositivo de monitorización de inestabilidad según la reivindicación 1, en el que el algoritmo de monitorización de inestabilidad incluye:

- preprocesar la primera señal de aceleración

- detectar picos de la señal de aceleración preprocesada que son superiores a un umbral de aceleración predeterminado,

- incrementar un contador si el tiempo entre dos picos consecutivos está dentro de una ventana de tiempo predeterminada,

- activar el relé (24a) de seguridad de estado sólido si el contador alcanza o supera un umbral de contador predeterminado, y

- reiniciar el contador si no se ha detectado ningún pico dentro de un periodo de tiempo predeterminado.

3. Dispositivo de monitorización de inestabilidad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el preprocesamiento de la primera señal de aceleración incluye procesar la primera señal de aceleración a través de un filtro paso bajo y un filtro paso alto.

4. Dispositivo de monitorización de inestabilidad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un segundo acelerómetro (22B) para proporcionar una segunda señal de aceleración en respuesta a una vibración a lo largo del eje de referencia (X-X) , estando conectado el segundo acelerómetro (22B) al dispositivo (20) lógico programable, cambiando el algoritmo de monitorización de inestabilidad el estado del primer relé (24a) de seguridad de estado sólido basándose en una condición de inestabilidad de las señales de aceleración primera y segunda.

5. Dispositivo de monitorización de inestabilidad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada uno de los acelerómetros (22A, 22B) primero y segundo comprende:

- una masa (221) de inercia que puede moverse entre una posición de reposo y dos límites opuestos en paralelo al eje de referencia (X-X) y

- un circuito de evaluación interno para mover la masa (221) de inercia desde una posición de reposo hacia uno de los dos límites opuestos en una dirección evaluable (DA, DB) ,

en el que las direcciones que pueden evaluarse de los acelerómetros (22A, 22B) primero y segundo son opuestas entre sí, rechazando el dispositivo (20) lógico programable las señales de aceleración generadas por el primer y el segundo acelerómetro (22A, 22B) en respuesta a movimientos de cada masa (221) de inercia entre la posición de reposo y el otro de los dos límites en la dirección opuesta a la dirección evaluable.

6. Dispositivo de monitorización de inestabilidad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer relé (24a) de seguridad de estado sólido está abierto en ausencia de una señal de control y el dispositivo (20)

lógico programable interrumpe la señal de control para cambiar el estado del primer relé (24a) de seguridad de estado sólido basándose en una condición de inestabilidad de la primera señal de aceleración.

7. Dispositivo de monitorización de inestabilidad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un segundo relé (24b) de estado sólido conectado al dispositivo (20) lógico programable siendo el algoritmo tal que cambia el estado del segundo relé (24a) de seguridad de estado sólido basándose en la condición de inestabilidad de la primera señal de aceleración.

8. Dispositivo de monitorización de inestabilidad según la reivindicación 7, en el que el cambio de estado del primer relé (24a) de seguridad de estado sólido se activa mediante la interrupción de una señal de control de CA controlada por el dispositivo (20) lógico programable mientras que el cambio de estado del segundo relé (24a) de seguridad de estado sólido se activa mediante la interrupción de una señal de control de CC controlada por el dispositivo (20) lógico programable.

9. Dispositivo de monitorización de inestabilidad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una placa (14) de circuito impreso para recibir el dispositivo (20) lógico programable, el primer relé (24a) de seguridad de estado sólido y el primer acelerómetro (22A) y, si se prevé, el segundo relé (24b) de seguridad de estado sólido y el segundo acelerómetro (22B) .

10. Dispositivo de monitorización de inestabilidad según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, dotado además de un circuito (240a) de evaluación que comprende:

- una fuente (244) de alimentación de evaluación local,

- un detector (243a) de corriente de evaluación local,

- conmutadores (241a, 242a) de evaluación para conmutar el dispositivo (10) de monitorización de inestabilidad entre un modo de evaluación y un modo operativo, de modo que en el modo de evaluación los bornes principales del conmutador de seguridad están conectados entre la fuente (244) de alimentación de evaluación local y el dispositivo de medición local mientras que en el estado operativo los bornes principales del conmutador de seguridad están desconectados de la fuente (244) de alimentación de evaluación local.

11. Sistema (300) de monitorización de inestabilidad para un vehículo ferroviario que comprende:

- una pluralidad de dispositivos (10, 10A, 10B) de monitorización de inestabilidad distribuidos según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

- un bucle (302, 302A, 302B) de seguridad que interconecta los primeros relés (24a) de seguridad de estado sólido de la pluralidad de dispositivos (10, 10A, 10B) de monitorización de inestabilidad en serie.

12. Sistema de monitorización de inestabilidad según la reivindicación 11, en el que el bucle (302, 302A, 302B) de seguridad está dotado de:

- un fuente (304) de alimentación para alimentar el bucle (302, 302A, 302B) de seguridad,

- un detector (306a, 306b) de fallos, para detectar un cambio de estado de al menos uno de los primeros relés (24A) de seguridad de estado de la pluralidad de dispositivos (10, 10A, 10B) de monitorización de inestabilidad.

13. Vehículo ferroviario dotado de una pluralidad de bogies (12) y con un sistema de monitorización de inestabilidad según una cualquiera de las reivindicaciones 11 ó 12, en el que cada bogie (12) está dotado de al menos uno de los dispositivos (10, 10A, 10B) de monitorización de inestabilidad del sistema (300) de monitorización de inestabilidad.